KR20080031153A - 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머 - Google Patents

인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머 Download PDF

Info

Publication number
KR20080031153A
KR20080031153A KR1020077020110A KR20077020110A KR20080031153A KR 20080031153 A KR20080031153 A KR 20080031153A KR 1020077020110 A KR1020077020110 A KR 1020077020110A KR 20077020110 A KR20077020110 A KR 20077020110A KR 20080031153 A KR20080031153 A KR 20080031153A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coil
chip
interleaved
partial
layer
Prior art date
Application number
KR1020077020110A
Other languages
English (en)
Inventor
마우-청 프랭크 창
데이퀀 후앙
Original Assignee
더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 filed Critical 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
Publication of KR20080031153A publication Critical patent/KR20080031153A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041—Printed circuit coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers
    • H01F2017/002—Details of via holes for interconnecting the layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/12—Variable inductances or transformers of the signal type discontinuously variable, e.g. tapped
    • H01F2021/125—Printed variable inductor with taps, e.g. for VCO
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

인터리브된 3차원(3D) 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머가 개시된다. 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터와 트랜스포머는 CMOS, BiCMOS, 및 SiGe 기술과 같은 주류 기준 공정에서 다중 금속 레이어가 가장 잘 사용되도록 한다.

Description

인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머{INTERLEAVED THREE-DIMENSIONAL ON-CHIP DIFFERENTIAL INDUCTORS AND TRANSFORMERS}
본 발명은 인덕터 및 트랜스포머에 관한 것으로, 특히 개선된 온칩(on-chip; 반도체 칩 위에 회로를 집적한) 인덕터 및 트랜스포머와 그 제조 방법에 관한 것이다.
온칩 인덕터 및 트랜스포머는 무선 주파수/밀리미터파 집적 회로(RF/MMIC)에서 중요한 수동 소자이다. 온칩 차동(differential) 인덕터는 앰프(amplifier), 믹서(mixer), 전압 제어 오실레이터(voltage controlled oscillators; VCOs) 및 위상 고정 루프(phase-locked loops; PLLs)/신디사이저(synthesizer), 주파수 디바이더(frequency divider) 및 다른 많은 차동 구조를 가지는 많은 회로에 대해 매우 바람직하다.
몇몇 알려진 온칩 인덕터 및 트랜스포머 장치는 다음을 포함한다.
(1) 단일 종단(single-ended) 다중 레이어(multi-layer) 온칩 인덕터;
(2) 다중 금속 레이어를 사용하지 않는 평면 온칩 차동 인덕터;
(3) 다중 금속 레이어를 사용하지 않는 평면 온칩 트랜스포머;
(4) 단일 종단을 평형 변환으로 실현한 다중 레이어 벌룬(balun; 평형 변환 회로) 트랜스포머.
Kyriazidou에게 허여된 미국특허 제6,759,937 B2호는, 일실시예에서 제1레이어 상의 제1부분 권선(partial winding), 제1레이어 상의 제2부분 권선, 제2레이어 상의 제3부분 권선, 제2레이어 상의 제4부분 권선 및 상호연결 구조를 포함하는 온칩 차동 다중 레이어 인덕터를 개시한다. 제1레이어의 제1 및 제2부분 권선은 차동 입력 신호를 수신하도록 실시가능하게 결합된다. 제2레이어의 제3 및 제4부분 권선은 각각 센터탭(center tap)에 실시가능하게 결합된다. 상호연결 구조는 제1 및 제3부분 권선이 제2 및 제4부분 권선에 의해 형성된 권선과 센터탭 주위에서 대칭인 권선을 형성하도록 제1, 제2, 제3 및 제4부분 권선을 결합한다. 제1, 제2, 제3 및 제4부분 권선은 전체는 아니지만 거의 대부분 수직으로 정렬되고, 센터 라인에 대하여 대칭은 아니다(다중 레이어 차동 인덕터 실시예에 대해서는 도 4 참조, 다른 실시예인 다중 턴(turn), 다중 레이어 차동 인덕터에 대해서는 도 6 참조). 인덕터에서, 요구되는 것은 권선 간의 전기적 커플링이 아니라 자기적 커플링이다. 수직 정렬은 권선간 캐패시턴스를 통해 전기적 커플링을 증가시킨다.
Castaneda 등에게 허여된 미국특허 제6,707,367 B2호는 제1권선과 두 부분을 가지는 제2권선을 포함하는 온칩 다중탭 변환 벌룬을 개시한다. Castaneda 등은 다중 권선이 동일 레이어 상에 배치되는 단일 레이어 구조를 개시한다. 이 타입의 구조는 상대적으로 큰 사이즈를 가진다. 이런 큰 사이즈로 인한 비용과 낮은 자기 공진 주파수가 문제가 된다. 칩이 놓이는 곳이 비싸지므로 전체 비용이 높아진다. 이러한 이유로, 마이크론에서 서브마이크론 단위로 줄이기 위해 많은 노력이 기울여 졌다.
Gevorgian 등에게 허여된 미국특허 제6,603,383호는 벌룬 트랜스포머의 일측에 적어도 하나의 평형 신호 포트와 벌룬 트랜스포머의 다른측에 비형평 신호 포트를 제공하는 제1코일 및 제2코일을 포함하는 다중 레이어의, 평형-비평형 신호 트랜스포머를 개시한다. 코일의 권선은 수직으로 정렬된다. 트랜스포머에서, 요구되는 것은 1차 및 2차 코일간의 전기적 커플링 대신 자기적 커플링이다. 수직 정렬은 권선간 캐패시턴스를 통해 전기적 커플링을 증가시킨다.
위에서 언급한 특허에 개시된 장치가 장점을 제공하지만, 이들은 여전히 개선되어야 할 점이 있다. 예를 들어, '367 특허에서 개시된 장치는 동일 레이어 상에 다중 권선을 사용한다(단일 레이어 구조라 불림). 이러한 장치의 상대적으로 큰 사이즈는 비용과 낮은 자기 공진 주파수라는 문제를 일으킨다. '383 특허의 장치는 수직으로 정렬된 권선을 사용한다. 그러나, 트랜스포머에서는 1차 및 2차 코일간 전기적 커플링보다는 자기적 커플링이 바람직한데, 수직 정렬은 권선 사이의 캐패시턴스로 인해 높은 전기적 커플링을 야기한다.
위에서 개시한 참조문헌과 알려진 장치에 비해 개선된, 사이즈가 작고, 퀄리티 팩터(Q 팩터)가 크며, 인덕턴스가 크고, 커플링 효율이 좋고 자기-공진 주파수가 높은 온칩 인덕터 및 트랜스포머를 디자인하고 제조하는 것이 바람직하다. 기판이 손실이 있는 실리콘 베이스 집적 회로에서, 특히 온칩 인덕터와 트랜스포머가 가능한 한 적은 영역을 차지하도록 하는 것이 중요한데, 이는 큰 인덕터/트랜스포머 영역은 실리콘 기판을 통해 회로의 다른 부분으로부터 원치 않는 노이즈를 발생 시킬 뿐 아니라 온칩 인덕터와 트랜스포머의 자기 공진 주파수를 심각하게 제한하는 온칩 인덕터/트랜스포머와 기판간 큰 기생 캐패시턴스를 유도하기 때문이다.
아래에서 개시되는 장치 및 방법은 이러한 목적을 달성한다. 권선을 충분히 인터리브함으로써, 개시된 실시예는 전기적 커플링을 감소시키고 유도 커플링을 통해 1차 및 2차 코일 간에 코어를 공유함으로써 자기적 커플링을 증가시킨다.
인터리브된 3차원(3D) 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머가 개시된다. 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머는 CMOS, BiCMOS 및 SiGe 기술과 같은 주류 기준 공정(mainstream standard process)에서 다중 금속 레이어가 가장 잘 사용되게 할 것이다.
코일의 각 턴(turn)을 두 부분 권선으로 분리하여 이들을 다른 레이어에 인터리브하여 배치함으로써, 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머는 사이즈가 최소화되고, 기생 캐패시턴스가 감소하고, 자기-공진 주파수가 높아지고, 상호 인덕턴스가 증가하고, 커플링 효율이 증가하며, Q 팩터가 증가한다.
여기에서 개시되는 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머는 기생 캐패시턴스를 감소시키기 위해 가능한 한 인접한 권선을 멀리 분리하기 위한 "인터리브된" 복수의 코일을 가진다. 이 명세서에서 사용된 (사전의 의미와는 다른) "인터리브"의 의미는 (수직 방향에 따라 임의로 선택된) 공통축을 공유하고, 코일의 인접한 부분 권선이 기생 캐패시턴스를 감소시키기 위해 수평은 물론 수직으로 분리되어, 서로에 대하여 일반적으로 평행하게 연장되는 적어도 두개의 코일의 구성을 나타낸다.
여기에서 개시된 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머의 다른 면에서, 제1 및 제2코일을 포함하는 유도(inductive) 3D 온칩 장치로서, 제1 및 제2코일 공통축에 중심을 둔 연속적으로 연결된 권선을 각각 포함하고, 제1코일의 권선은 제2코일의 권선과 인터리브된다.
여기에서 개시된 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머의 또 다른 면에서, 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머가 제공되는데, 칩 위의 복수의 레이어상에 형성되어 공통 정렬축을 공유하는 제1 및 제2코일을 포함하고, 제1 및 제2코일은 복수의 부분 권선을 각각 포함하고, 각 부분 권선은 레이어를 통과하는 제1 및 제2코일 각각의 연속하는 부분 권선 사이에서 연결되어 레이어 상에 배치되고, 제1 및 제2코일의 부분 권선은 일반적으로 공통 정렬축에 대해 수직을 이뤄 인터리브된다.
여기에서 개시된 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머의 또 다른 면에서, 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머가 제공되는데, 칩 위의 복수의 레이어상에 형성되어 공통 정렬축을 공유하는 제1 및 제2코일로서, 제1 및 제2코일은 복수의 부분 권선을 각각 포함하고, 각 부분 권선은 제1 및 제2코일 각각의 연속하는 부분 권선을 분리하는 레이어를 통과하는 제1 및 제2코일 각각의 연속하는 부분 권선 사이에서 연결되어 레이어 상에 배치되는 제1 및 제2코일을 포함하고, 제1 및 제2코일의 부분 권선은 일반적으로 공통 정렬축에 대해 수직을 이뤄 인터리브되며, 칩의 복수의 레이어상에 형성되어 공통 정렬축을 공유하는 제3 및 제4코일로서, 제3 및 제4코일은 복수의 부분 권선을 각각 포함하고, 각 부분 권선은 제3 및 제4코일 각각의 연속하는 부분 권선을 분리하는 레이어를 통과하는 제3 및 제4코일 각각의 연속하는 부분 권선 사이에서 연결되어 레이어 상에 배치되는 제3 및 제4코일을 포함하고, 제3 및 제4코일의 부분 권선은 일반적으로 공통 정렬축에 대해 수직을 이뤄 인터리브된다.
여기에서 개시된 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머의 또 다른 면에서, 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 제조 방법이 제공되는데, 칩상에서 연속하는 레이어에 기판을 형성하는 단계; 각 레이어상에 두개의 부분 권선을 배치하는 단계로서, 부분 권선은 공통축을 가지고 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 형상을 형성하는, 단계; 레이어 중 하나 위에 배치된 부분 권선 각각을 인접한 레이어의 부분 권선 중 하나에 연결하는 단계를 포함하고, 하나의 레이어의 부분 권선은 인접한 레이어의 부분 권선과 인터리브된다.
본 발명은 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 좀더 확실하게 이해될 수 있을 것이다. 도면은 다음과 같다.
도 1은 인터리브된 온칩 차동 인덕터의 바람직한 실시예의 개략적인 등각투상도(isometric view)이다.
도 2는 도 1에 나타난 2-2 평면을 따라 취한 도 1의 인터리브된 차동 인덕터의 절단면도이다. 권선을 강조하기 위하여 기판은 파선(broken line)으로 도시된다.
도 3은 도 1의 인터리브된 차동 인덕터의 개략적인 단면도(end view)로, 기 판은 보이지 않는 것으로 처리되었다.
도 4a 및 도 4b는 인터리브된 차동 트랜스포머의 바람직한 제1실시예의 두가지 버전의 등각투상도로, 트랜스포머는 두개의 인터리브된 차동 인덕터로 구성된다.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 나타난 5-5 평면을 따라 취한 도 4a 및 도 4b의 인터리브된 차동 트랜스포머의 절단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 4a 및 도 4b의 인터리브된 온칩 트랜스포머의 개략적인 단면도로, 기판은 보이지 않은 것으로 처리되었다.
도 7은 인터리브된 3D 온칩 트랜스포머의 바람직한 제2실시예의 개략적인 등각투상도로, 트랜스포머는 두개의 인터리브된 차동 인턱터로 구성된다.
도 8 및 도 9는 인터리브된 온칩 차동 인덕터의 부분 권선의 다양한 형성의 평면도를 나타낸다. 이러한 형상은 온칩 트랜스포머에 역시 적용된다.
도 10은 공진 주파수를 조정하기 위해 다양한 커패시터가 제공된 인터리브된 온칩 차동 인덕터의 회로의 다이어그램을 나타낸다.
도 11은 공진 주파수를 조정하기 위해 다양한 커패시터가 제공된 인터리브된 온칩 트랜스포머의 회로의 다이어그램을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 개시에 따라 구성된 트랜스포머에 대한 주파수의 함수로서의 퀄리티 팩터와 인덕턴스의 그래프이다.
도 13은 본 발명의 개시에 따라 구성된 트랜스포머에 대한 주파수의 함수로서의 커플링 계수의 그래프이다.
본 발명의 개시에 따라, 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터와 트랜스포머가 제공된다.
기술된 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터와 인터리브된 온칩 트랜스포머는 상보성 금속 산화막 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS), 바이폴라 접합 트랜지스터의 집적과 CMOS 기술(BiCMOS), 및 실리콘-게르마늄(SiGe)과 같은, 당업자에게 잘 알려진 표준 공정에 의해 제조된다.
이하에서 기술된 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터와 인터리브된 온칩 트랜스포머는 권선을 포함하는 레이어에 제작된다. 권선은 레이어가 제작될 때 패터닝되거나, 성장(deposited)되거나 또는 그렇지 않을 경우에는 레이어에 배치된다. 권선은 매개부(via)에 의해 레이어 사이에서 연결된다.
도 1은 일반적으로 참조 번호 10으로 식별되는, 인터리브된 온칩 차동 인덕터의 바람직한 일실시예의 개략 투시도이다. 도 2는 도 1에 나타난 인터리브된 온칩 차동 인덕터(10)의 절단면도이고, 도 3은 개략적인 단면도이다. 도 2에서 도면의 이해를 돕기 위해 절단 평면 뒤의 정보는 제거되었다.
도 1에 나타난 인터리브된 온칩 차동 인덕터(10)는 (채용된 칩 제조 기술에 따라 결정되는) p-타입 실리콘과 같은 반도체로 만들어진 칩의 상부 위에 (따라서 "온칩(on-chip)") 형성된 일반적으로 비도전성(non-conductive) 기판으로 된 여섯 레이어 위에 배치되거나 또는 결합된다. 인터리브된 온칩 차동 인덕터(10)는 센터탭(40) 및 직선 연결부(straight connection)(50)에 의해 하부(bottom)에서 결합되 는 제1코일(20) 및 제2코일(30)을 포함한다. 상부(top)에서 제1코일(20)은 포트(60)를 가지고 제2코일(30)은 포트(70)를 가진다. 제1코일(20)과 제2코일(30)은 하부 레이어(17)에서 직선 연결부(50)와 센터탭(40)에 의해 결합된다.
코일(20, 30)은 기판(7)의 순차적인 레이어에 수평하게 배치된 도전성 부분 권선으로부터 형성된다(도 2 참조). 기판(7)은 바람직하게는 이산화 실리콘과 같은 비도전성 또는 유전성 물질이다. 도전성 부분 권선은 알루미늄, 구리, 및 금과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 다른 레이어에서의 부분 권선은 레이어를 통해 수직으로 연결된 매개부를 통해 연결된다. (이 명세서에서 "수평(horizontal)"은 레이어를 따르거나 또는 레이어와 평행한 것을 의미하고, "수직(vertical)"은 레이어와 직각을 이루는 것을 의미한다.) 바람직하게 매개부는 금속과 같은, 도전성 부분 권선과 동일한 도전성 물질로 이루어진다.
레이어의 실제 개수는 어플리케이션에 따라 결정된다. 여섯개에 한정되지 않고 여섯개보다 적을 수도 있다.
도 1 내지 3에 나타난 차동 인덕터의 바람직한 일실시예의 각 코일(20, 30)은 교차하는(alternating) 부분 권선으로 구성되는데, 매개부에 의해 연결된 연속하는 레이어 상에서 "좌측" 부분 권선 뒤에 "우측" 부분 권선이 따르고, 역으로도 같다. ("좌측" 및 "우측"이라는 말은 단지 도 1에서 나타난 부분 권선의 위치를 나타내는 것이다.) 따라서, 제1코일(20)은 제2레이어(13) 상의 "우측" 또는 제2부분 권선(23)과 매개부(22)에 의해 연결된 제1레이어(12) 상의 "좌측" 또는 제1부분 권선(21)을 가진다. 우측 부분 권선(23)은 제3레이어(14) 상의 "좌측" 또는 제3부분 권선(25)과 매개부(24)에 의해 연결된다. 제2코일(30)은 제2레이어(13) 상의 "좌측" 또는 제2부분 권선(33)과 매개부(32)에 의해 연결된 제1레이어(12) 상의 "우측" 또는 제1부분 권선(31)을 가진다. 좌측 부분 권선(33)은 제3레이어(14) 상의 "우측" 또는 제3부분 권선(35)과 매개부(34)에 의해 연결된다. 이하 같다.
레이어상의 "좌측" 부분 권선과 "우측" 부분 권선의 각 세트는, 위 또는 아래에서 보면, 단일의 다각형 또는 단일의 폐곡선과 같은 주변을 가지는 다른 형상의 윤곽의 일반적인 외관을 가진다. 도 3에서 나타낸 바와 같이, 좌측 부분 권선(21)의 교차 상호연결부(crossing interconnection segment)(21a)와 같은 부분 권선의 교차 상호연결부와 관계없이, 대체로 정사각형 형상이다. 각 레이어의 "좌측" 부분 권선과 "우측" 부분 권선은 하부 레이어(17)(도 1 내지 3의 실시예에서 레이어 6)를 제외하고는 연결되지 않으며, 하부 레이어(17)에서는 차동 인덕터의 두 "절반(halves)"(코일(20, 30)) 사이에 직선 연결부(50)가 있다.
제1레이어(12)에서 제1코일(20)의 "좌측" 또는 제1부분 권선(21)과 제2코일(30)의 "우측" 증 제1부분 권선(31)은, 도 3에서와 같이 위에서 보면, 제2코일(30)의 "좌측" 부분 권선(33)과 제1코일(20)의 "우측" 부분 권선(23)에 의해 제2레이어(14) 상에 형성된 사각형보다 평균 직경이 큰 사각형을 형성한다. 이러한 변화를 언급하는 또 다른 방법은 제1레이어(12)에서의 부분 권선이 (교차 상호연결부를 무시하면) 제2레이어(13)에서의 부분 권선보다 가상의 수직 정렬축(5)으로부터 멀리 떨어져 배치된다고 하는 것이다. 또한, 이러한 변화를 언급하는 또 다른 방법은 제1레이어(12)의 부분 권선이 제2레이어(13)보다 큰 영역을 가지는 단일 폐곡선 과 같은 주위를 가지는 단일 다각형 또는 다른 형상을 형성한다고 말하는 것이다.
결과적으로, 제2레이어(13)의 부분 권선(23, 33)은 다른 레이어에 위치되는 결과로써 수직으로 분리될 뿐만 아니라, 제1레이어(12)에서의 부분 권선(21, 31)과 비교할 때 엇갈려 배치되거나(staggered) 또는 수평적으로 안쪽으로 배치된다. 이번에는 제3레이어(14)의 부분 권선(25, 35)이 제2레이어(13)의 부분 권선(23, 33)과 비교하여 엇갈려 배치되거나 또는 수평적으로 바깥쪽으로 배치된다. 이는 도 2에 잘 나타나 있다. 따라서 도 1 내지 3에 나타난 차동 인덕터의 부분 권선은 수직 뿐 아니라 수평으로 인터리브된다.
인접 레이어에서의 부분 권선간의 거리는, 별개의 층에서 하나 위에 다른 하나가 수직으로 정렬되어 레이어의 두께에 의해서만 분리되어 서로 가까운, 알려진 구성과 비교하면 더 크다.
도 1 내지 3의 실시예에서 나타난 바와 같은, 두개의 온칩 코일과긔 관계에서, 인터리빙(interleaving)은 다음과 같이 설명될 수 있다. 각각의 코일은 최소한 하나의 턴(turn)을 가진다. 코일의 각 턴은 두 부분 권선을 포함한다. 제1코일의 부분 권선은, 제2코일의 부분 권선과 같이 제1레벨에 배치되고, 제1코일의 또다른 권선은 제2코일의 또다른 권선과 함께 제2레벨에 배치되며, 각 코일의 부분 권선은 수직 구성요소 또는 매개부에 의해 결합하여, 제1 및 제2코일은 이중 나선 구성에서 동일한 축을 중심으로 나선형을 그린다.
수직으로 분리된 제1 및 제2코일의 부분 권선은 또한 수평으로도 서로 오프셋한다. 따라서, 제1전체 직경(general diameter)의 부분 권선은 제1전체 직경과는 다른 제2전체 직경의 부분 권선과 교차된다. 인접하는 부분 권선은 기생 캐패시턴스를 줄이기 위해 수평 뿐 아니라 수직으로도 분리된다.
참조 번호 100으로 표시되는, 인터리브된 3D 온칩 트랜스포머의 바람직한 제1실시예가 도 4a 내지 도 6b에 나타나 있다. 트랜스포머(100)는 두 차동 인덕터(110, 120)를 포함하고, 따라서 네개의 코일(130, 140, 150, 160)을 가지고, 각각은 고유의 포트(132, 142, 152, 162)를 상부에서 각각 가지고 있다. 코일(130, 140)은 차동 인덕터(110) 부분이고, 코일(150, 160)은 차동 인덕터(120) 부분이다.
차동 인덕터(10)와 같이, 트랜스포머(100)의 코일(130, 140, 150, 160)은 칩 위에 구조된 일반적으로 비도전성의 기판(7)의 연속되는 레이어 위에 수평적으로 배치된 도전성 부분 권선으로 구성된다. 개별 레이어에서의 부분 권선은 레이어간에 수직으로 연장되는 도전성 매개부에 의해 연결된다.
코일(130, 140, 150, 160)은 각각 직선 매개부(114, 124)에 의해 그 각각의 하부 부분 권선에서 결합되고, 센터탭(112, 122)에서 결합된다. 인터리브된 온칩 트랜스포머(100)는 차동 인덕터쌍(110, 120)을 단단히 결합하여, 고유의 위상 간섭 특성(phase coherent characteristics)을 제공한다.
직선 매개부(114, 124)는 (도 4a 및 도 4b에서 점선으로 나타낸) 도전성 브릿지(115)에 의해 연결될 수 있는데, 이로써 센터탭(112, 124)은 동일한 포트가 되고, 트랜스포머(100)는, 트랜스포머의 1차 및 2차 코일이 공통의 센터탭을 공유할 수 있는 몇몇 회로에서 요구되는 바와 같이, 6포트 트랜스포머가 아닌 5포트 트랜스포머가 될 것이다.
도 4a 내지 6b에 나타난 트랜스포머의 바람직한 실시예의 각각의 코일(130, 140, 150, 160)은 교차하는 부분 권선으로 구성되는데, 매개부에 의해 연결된 연속되는 레이어 위에 "좌측" 또는 제1부분 권선 뒤에 "우측" 또는 제2부분 권선이 오고, 그 역으로도 같다. ("좌측" 및 "우측"이라는 단어는 도 4a 및 4b에서 보여지는 것과 같이 부분 권선의 위치를 언급하는 것에 지나지 않는다.)
따라서, 차동 인덕터(110)의 제1코일인, 코일(130)은 제2레이어(103) 상의 "우측" 또는 제2부분 권선(135)에 매개부(133)에 의해 연결된 제1레이어(102) 상의 "좌측" 또는 제1부분 권선(131)을 갖는다. 우측 부분 권선(135)는 매개부(137)에 의해 제3레이어(104) 상의 "좌측" 또는 제3부분 권선(139)과 연결되고, 이하 같다. 차동 인덕터(110)의 제2코일인, 제2코일(140)은, 제2레이어(103) 상의 "좌측" 또는 제2부분 권선(145)에 매개부(143)에 의해 연결된 제1레이어(102) 상의 "우측" 또는 제1부분 권선(141)을 가진다. 좌측 부분 권선(145)은 제3레이어(104) 상의 "우측" 또는 제3부분 권선(149)에 매개부(147)에 의해 연결되며, 이하 같다.
따라서, 차동 인덕터(120)의 제1코일인, 코일(150)은 제2레이어(103) 상의 "우측" 또는 제2부분 권선(155)으로 매개부(153)에 의해 연결된, 제1레이어(102) 상의 "좌측" 또는 제1부분 권선(151)을 가진다. 우측 부분 권선(155)은 제3레이어(104) 상의 "좌측" 또는 제3부분 권선(159)으로 매개부(157)에 의해 연결되고, 이하 같다. 차동 인덕터(120)의 제2코일인, 제2코일(160)은, 제2레이어(103) 상의 "좌측" 또는 제2부분 권선(165)에 매개부(163)에 의해 연결된 제1레이어(102) 상의 "우측" 또는 제1부분 권선(161)을 가진다. 좌측 부분 권선(165)은 제3레이어(104) 상의 "우측" 또는 제3부분 권선(169)에 매개부(147)에 의해 연결되며, 이하 같다.
이 실시예에서 각 차동 인덕터의 부분 권선은, 도 1-3에 관련하여 기술한 차동 인덕터에서와 같이, 동일 차동 인덕터와 비교할 때 바로 상위 및 하위 레이어에 수평적으로 배치된다. 수평적인 배치는 도 5에 가장 잘 나타난다.
도 4b에 나타난 트랜스포머의 실시예는 대칭의 관점에서 더 좋은 성능을 가지기 때문에 도 4a의 실시예보다 더 선호되는데, 두 부분 권선 간에 미스매치(mismatch)가 보다 적다. 도 4a의 실시예는 교차 상호연결부가 있는데, 여기서 다른 두 부분 권선과의 연결을 피하기 위해 레이어 상의 부분 권선의 각 셋트가 교차 레이어에서의 내부로 방향을 바꾸거나(교차 상호연결부(192)) 또는 외부로 방향을 바꾼다(교차 상호연결부(194)). 도 4b에서 이러한 상호연결부(196, 198)는 좌측 부분 권선에만 형성되고, 그 둘은 각각 부분 권선이 큰 면적의 단일 다각형 또는 간단한 곡면 외주 또는 다른 외주 다음의 작은 면적의 단일 다각형 또는 간단한 곡면 외주 또는 다른 외주를 형성하는 연속하는 레이어에서 방향을 내부 또는 외부로 방향을 바꾼다.
참조 번호 200으로 식별되는, 인터리브된 트랜스포머의 바람직한 제2실시예는 도 7에 나타난다. 트랜스포머(200)는 두 차동 인덕터(210, 220)로 구성된다. 차동 인덕터(210)는 코일(230, 240)을 가지고, 차동 인덕터(220)는 코일(250, 260)을 가진다. 코일(230, 240, 250, 260)은 각각의 상부 부분 권선에서 고유의 포트(232, 242, 252, 262)를 가진다.
코일(230과 240, 및 250과 260)은 각각 센터탭(212, 212)에 연결된 직선 연 결부(214, 224)에 의해 하부 레이어에서 연결된다. 인터리브된 온칩 트랜스포머(200)는 차동 인덕터쌍(210, 22)과 단단히 결합하여 고유의 위상 간섭 특성을 제공한다.
직선 연결부(214, 224)는 센터탭(212, 222)이 동일한 포트가 되도록 도전성 브릿지(도시되지 않음)에 의해 연결될 수 있으며 트랜스포머(200)는 6포트 트랜스포머가 아닌 5포트 트랜스포머가 될 것이다.
부분 권선에 의해 형성된 단일 폐곡선과 같은 다각형 또는 외주의 전체 직경에 변화로 인한 인터리빙은 도 7에 나타난 바와 같이 두 레이어의 셋트 사이에 있을 수도 있는데, 여기서 두 레이어 셋트는 두 차동 인덕터(210, 22)의 쌍으로 이루어진 권선에 대응한다. 따라서, 레이어1 및 레이어2 각각은 부분 권선에 의해 형성된 단일 폐곡선과 같은 단일 다각형 또는 외주의 동일하거나 또는 유사한 전체 직경을 가질 수 있고, 이 전체 직경은 레이어3 및 레이어4에서의 부분 권선에 의해 형성된 단일 다각형 또는 단일 폐곡선 또는 다른 외주의 전체 직경보다 작을 것이다. 레이어5 및 레이어6은 레이어3 및 레이어4의 직경보다 더 큰 전체 직경을 가진 단일 다각형 또는 단일 폐곡선 또는 다른 외주를 형성하는 부분 권선을 가지며, 이하 같다.
도 7에 나타난 3D 온칩 트랜스포머의 일실시예는 주어진 타동 인덕터가 주어진 레이어 두께에 비해 수직으로 더 먼 거리로 분리되어 기생 캐패시턴스를 줄이는데 도움이 되는 장점이 있다.
도 8 및 9는 도 3과 유사한, 인터리브된 온칩 차동 인덕터의 부분 권선의 대 체 형상의 평면도를 보여준다. 권선 형상은 또는 온칩 트랜스포머에도 적용된다. 도 8은 도 1-3에서 나타난 부분 권선보다 좀더 둥글게 된 형상을 가지는 부분권선(410, 420, 430, 440)을 나타낸다. 도 9는 도 8에 나타난 부분권선(410, 420, 430, 440)보다 조금 더 둥글게 된 형상을 가지는 부분권선(510, 520, 530, 540)을 보여준다.
둥글린 형상은 동일한 폐쇄 영역에 대하여 가장 짧은 길이 또는 외주를 제공하기 때문에 바람직한데, 이는 한정된 저항과 스킨 효과(skin effect)에 의해 발생하는 낮은 금속 손실을 제공하여, 큰 Q 팩터를 유발한다. 이는 또한 가장 큰 자속을 제공하여, 큰 인덕턴스를 유발한다. 그러나, 도 8은 만들ㄹ기 더 쉬운 구성을 보여준다.
공진 주파수(fo)는 다음에 의해 결정된다.
Figure 112007063971625-PCT00001
여기서 C는 인덕터/트랜스포머의 캐패시턴스를 포함한다. L은 인덕터/트랜스포머의 인덕턴스이다. 따라서 자기-공진 주파수는 캐패시턴스의 제곱근에 반비례한다. 캐패시턴스를 감소시키면 전체적으로 자기-공진 주파수가 증가한다. 높은 자기-공진 주파수는 장치가 높은 주파수에서 동작하게 한다.
커플링 계수는 공진 주파수 fo에서 최대값에 도달한다.
위에서 설명한 바와 같이 장치의 기생 캐패시턴스를 감소시키는 디자인에 의해 인덕터/트랜스포머의 캐패시턴스를 제어할 수 있다. 필요한 경우 캐패시턴스는 인덕터/트랜스포머와 평행하게 버랙터(varactor)를 추가함으로써 변경할 수 있으며 이에 의해 자기-공진 주파수를 제어할 수 있다.
따라서, 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터와 트랜스포머는 버랙터 바이어스(varactor bias)를 변경함으로써 조정될 수 있는 공진 주파수를 가지기 위해 버랙터(예를 들어, 다이오드 또는 트랜지스터)와 함께 제공될 수 있다. 버랙터(800)와 형팽한 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터(600)와 인터리브된 3D 온칩 트랜스포머(700)의 회로 다이어그램이 각각 도 10 및 11에 나타난다.
트랜스포머에 대해, 버랙터(800)는 입력 또는 출력 단자 또는 양자 모두에 배치될 수 있다. 도 11에서 버랙터(800)는 트랜스포머(700)의 입력측(710)과 병렬이고, 버랙터(805)는, 버랙터(805)를 연결하는 선을 점선으로 함으로써 나타내는 것처럼, 트랜스포머(700)의 출력측(720)과 병렬일 수도 있고 병렬이 아닐 수도 있다. 버랙터(800)는 입력측(710)에서 제거될 수도 있고 버랙터(805)만이 출력측(720)에 제공될 수도 있다.
출원인은 실리콘 인터리브된 3D 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머를 시뮬레이트하고 실시하였고, 저잡음 앰프(LNA), 믹서, 결합 VOC 배열, 및 주파수 디바이더의 디자인에 이들을 적용하였다.
본 발명에 EKfms 인터리브된 3D 온칩 트랜스포머는 권선 너비 2~10㎛ 범위이고, (동일 레이어에서) 권선 사이의 갭은 0.5~2㎛로 제작되었다. 트랜스포머가 차지하는 공간은 20×20㎛2에서 40×40㎛2 범위이다. 종래의 온칩 트랜스포머와 비교 하면, 다중 레이어의 인터리브된 구조의 트랜지스터는 일반적으로 50에서 100 팩터로 크기를 줄인다.
이들 트랜스포머의 자기 공진 주파수는 100㎓보다 크다. 종래의 온칩 트랜스포머의 자기-공진 주파수는 20㎓ 이하이다.
도 12 및 13은 시뮬레이션 프로그램에 의해 계산된, 20×20㎛2의 공간을 차지하는 인터리브된 3D 온칩 트랜스포머의 성능을 보여주는 그래프이다. 퀄리티 팩터(Q)와 인덕턴스(L)는 도 12에서 주파수의 함수로서 작성되었다.
도 13에서, 커플링 계수(k)는 주파수의 함수로서 작성되었다. 커플링 계수는 다음으로부터 얻어진다.
Figure 112007063971625-PCT00002
여기서, L1는 제1인덕터의 인덕턴스이고, L2는 제2인덕터의 인덕턴스이고, M은 이중적분식에 의해 계산된 두 인덕터의 상호 인덕턴스이다.
Figure 112007063971625-PCT00003
여기서, i 및 j는 상호 인덕턴스가 계산될 두 회로를 나타내며, μ0는 진공의 투자율이고, 나머지는 회로의 구조를 나타내는데, 인덕턴스는 회로에서 전류와는 문관한 순수 구조적인 양이다.
커플링 계수는 인덕턴스가 0에 도달하면 약 100㎓에서 최대에 도달한다. 60 ㎓의 동작 주파수에서 높은 그리고 상대적으로 선형이고 플랫한 인덕턴스와 최대 퀄리티 팩터를 누릴 수 있을 것이다. 이는 종래의 온칩 트랜스포머에 비해 좋은 동작 주파수이다.
여기에서 개시된 인터리브된 3D 온칩 인덕터와 트랜스포머는 다음의 장점을 제공한다.
1. 매우 작은 칩 공간을 차지하는 소형 사이즈;
2. 인덕터와 기판간 및 인덕터와 트랜스포머의 권선간 적은 기생 캐패시턴스;
3. Q 팩터 인덕턴스 생산을 증가시키는 큰 인덕턴스;
4. 온칩 트랜스포머의 1차 및 2차 코일간 높은 커플링 효율
5. 고주파 어플리케이션에 바람직한 배우 높은 자기-공진 주파수;
6. 차동 회로와 비교할 때 고유의 대칭 구조; 및
7. 트랜스포머가 두 상호 연관되지 않은(un-correlated) 인덕터보다 직각위상(quadrature) 회로에서 적은 위상 미스매치 에러를 유발하는 것.
요약하면, 본 발명에 따라 권선을 인터리브하는 것은 높은 자기적 커플링과 낮은 전기적 커플링 또는 기생을 제공하고, 고주파 동작을 가능하게 하는 높은 자기 공진 주파수를 제공하고, 좀더 작은 크기로 인하여 적은 칩 영역을 차지하며(따라서 제조 비용을 낮추며), 대칭 구조로 인하여 위상 미스매치를 줄인다.
여기에서 개시된 회로의 실예가 되는 실시예와 방법이 도시되고 위 설명에서 기술되었지만, 다양한 변형예와 대체 실시예가 당업자에게 생각이 날 수 있고, 첨 부된 청구항의 범위 내에서, 상세히 기술된 것처럼 실시될 수 있다. 이러한 변형예 및 대체 실시예는 첨부되는 청구항에서 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 예견되거나 또는 만들어질 수 있다.

Claims (37)

  1. 제1 및 제2코일을 포함하는 유도(inductive) 3D 온칩 장치로서, 상기 제1 및 제2코일 공통축에 중심을 둔 연속적으로 연결된 권선을 각각 포함하고, 상기 제1코일의 상기 권선은 상기 제2코일의 상기 권선과 인터리브되는 유도 3D 온칩 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1코일의 상기 권선은 상기 제2코일의 인접한 권선과 공통축 방향으로 정렬되지 않는 유도 3D 온칩 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1코일과 상기 제2코일 제1단부 및 제2단부를 각각 포함하고, 상기 제1코일의 상기 제2단부와 상기 제2코일의 상기 제2단부는 제1센터탭으로 연결되고, 상기 제1코일의 제1단부는 제1포트이고 상기 제2코일의 상기 제1단부는 제2포트인 유도 3D 온칩 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 장치는 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터인 유도 3D 온칩 장치
  5. 제1항에 있어서, 제3 및 제4코일을 더 포함하고, 상기 제3 및 제4코일은 상기 공통축에 중심을 둔 연속적으로 연결된 권선을 포함하고, 상기 제3코일의 상기 권선은 상기 제4코일의 상기 권선과 인터리브되고, 상기 제3코일 및 상기 제4코일 은 제1단부와 제2단부를 각각 가지고, 상기 제3코일의 상기 제2단부와 상기 제4코일의 상기 제2단부는 제2센터탭으로 연결되고, 상기 제3코일의 상기 제1단부는 제3포트이고 상기 제4코일의 상기 제1단부는 제4포트인 유도 3D 온칩 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1코일의 상기 권선은 상기 제2코일의 인접한 권선과 상기 공통축 방향으로 정렬되지 않는 유도 3D 온칩 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제3코일의 상기 권선은 상기 제4코일의 인접한 권선과 상기 공통축 방향으로 정렬되지 않는 유도 3D 온칩 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 장치는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머인 유도 3D 온칩 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 제1센터탭은 제5포트이고 제2센터탭은 제6포트인 유도 3D 온칩 장치.
  10. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2센터탭은 연결되어 제5포트를 형성하는 유도 3D 온칩 장치.
  11. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2포트와 병렬로 연결되어 동작하는 가변 캐 패시터를 더 포함하는 유도 3D 온칩 장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2포트와 병렬로 연결되어 동작하는 가변 캐패시터를 더 포함하는 유도 3D 온칩 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제3 및 제4포트와 병렬로 연결되어 동작하는 가변 캐패시터를 더 포함하는 유도 3D 온칩 장치.
  14. 칩 위의 복수의 레이어상에 형성되어 공통 정렬축을 공유하는 제1 및 제2코일을 포함하고, 상기 제1 및 제2코일은 복수의 부분 권선을 각각 포함하고, 각 부분 권선은 레이어를 통과하는 상기 제1 및 제2코일 각각의 연속하는 부분 권선 사이에서 연결되어 상기 레이어 상에 배치되고,
    상기 제1 및 제2코일의 상기 부분 권선은 일반적으로 상기 공통 정렬축에 대해 수직을 이뤄 인터리브되는 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1코일의 각 부분 권선은 상기 제2코일의 부분 권선과 함께 레이어에 배치되는 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터.
  16. 제15항에 있어서, 레이어에 배치된 각 부분 권선은 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 형상의 일부를 한정하는 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터.
  17. 제16항에 있어서, 레이어에 배치된 상기 제1코일의 상기 부분 권선과 상기 제2코일의 상기 부분 권선은 일반적으로 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 형상을 한정하는 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터.
  18. 제 17항에 있어서, 레이어 상의 부분 권선에 의해 한정되는 상기 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 면적은 인접한 레이어 상의 부분 권선에 의해 한정되는 상기 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 면적보다 크거나 또는 작은 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 코일의 연속하는 부분 권선간의 연결부는 매개부(via)인 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터.
  20. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1코일 및 상기 제2코일은 제1단부 및 제2단부를 각각 가지고, 상기 제1코일의 상기 제2단부와 상기 제2코일의 상기 제2단부는 센터탭으로 연결되고, 상기 제1코일의 상기 제1단부는 제1포트이고 상기 제2코일의 상기 제1단부는 제2포트인 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터.
  21. 칩 위의 복수의 레이어상에 형성되어 공통 정렬축을 공유하는 제1 및 제2코 일로서, 상기 제1 및 제2코일은 복수의 부분 권선을 각각 포함하고, 각 부분 권선은 상기 제1 및 제2코일 각각의 연속하는 상기 부분 권선을 분리하는 레이어를 통과하는 상기 제1 및 제2코일 각각의 연속하는 부분 권선 사이에서 연결되어 상기 레이어 상에 배치되는 제1 및 제2코일을 포함하고,
    상기 제1 및 제2코일의 상기 부분 권선은 일반적으로 상기 공통 정렬축에 대해 수직을 이뤄 인터리브되며,
    칩의 상기 복수의 레이어상에 형성되어 상기 공통 정렬축을 공유하는 제3 및 제4코일로서, 상기 제3 및 제4코일은 복수의 부분 권선을 각각 포함하고, 각 부분 권선은 상기 제3 및 제4코일 각각의 연속하는 상기 부분 권선을 분리하는 상기 레이어를 통과하는 상기 제3 및 제4코일 각각의 연속하는 부분 권선 사이에서 연결되어 상기 레이어 상에 배치되는 제3 및 제4코일을 포함하고,
    상기 제3 및 제4코일의 상기 부분 권선은 일반적으로 상기 공통 정렬축에 대해 수직을 이뤄 인터리브되는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1코일의 부분 권선은 상기 제2코일의 부분 권선과 함께 한 레이어에 배치되는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4코일의 부분 권선은 적어도 한 레이어에 배치되는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  24. 제22항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4코일의 부분 권선은 그 위에 배치된 부분 권선을 가지는 상기 레이어의 각각에 배치되는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제3코일의 부분 권선은 상기 제4코일의 부분 권선과 한 레이어에 배치되는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 및 제2코일의 상기 부분 권선과 상기 제3 및 제4코일의 상기 부분 권선은 교대로 하나씩 거른 레이어에 배치되는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 한 레이어에 배치되는 각 부분 권선은 단일 다각형 또는 단일 폐곡선을 한정하는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  28. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 한 레이어에 배치되는 상기 제1코일의 상기 부분 권선과 상기 제2코일의 상기 부분 권선은 일반적으로 단순한 다각형 또는 단순한 폐곡선의 형상을 한정하는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  29. 제28항에 있어서, 한 레이어에 배치된 상기 제3코일의 상기 부분 권선과 상 기 제4코일의 상기 부분 권선은 일반적으로 단일 다각형 또는 단일 폐곡선을 한정하는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  30. 제29항에 있어서, 한 레이어의 상기 제1코일 및 제2코일의 상기 부분 권선에 의해 한정되는 상기 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 면적은, 상기 제1 및 제2코일의 가장 가까운 부분 권선에 의해 한정되는 상기 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 면적보다 크거나 또는 작은 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  31. 제29항에 있어서, 한 레이어의 상기 제3 및 제4코일의 상기 부분 권선에 의해 한정되는 상기 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 면적은 상기 제3 및 제4코일의 가장 가까운 부분 권선에 의해 한정되는 상기 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 면적보다 크거나 또는 작은 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  32. 제21항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 코일의 연속되는 부분 권선의 연결부는 매개부인 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  33. 제21항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1코일 및 상기 제2코일은 각각 제1단부 및 제2단부를 가지고, 상기 제1코일의 상기 제2단부와 상기 제2코일의 상기 제2단부는 제1센터탭으로 연결되고, 상기 제1코일의 상기 제1단부는 제1포트이고 상기 제2코일의 상기 제1단부는 제2포트이고, 상기 제3코일 및 상기 제4 코일은 각각 제1단부 및 제2단부를 가지고, 상기 제3코일의 상기 제2단부와 상기 제4코일의 상기 제2단부는 제2센터탭으로 연결되고, 상기 제3코일의 상기 제1단부는 제3포트이고 상기 제4코일의 상기 제1단부는 제2포트인 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제1센터탭은 제4포트이고 상기 제2센터탭은 제6포트인 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  35. 제33항에 있어서, 상기 제1센터탭과 상기 제2센터탭은 연결되어 제5포트가 되는 인터리브된 3차원 온칩 트랜스포머.
  36. 칩상에서 연속하는 레이어에 기판을 형성하는 단계;
    각 레이어상에 두개의 부분 권선을 배치하는 단계로서, 상기 부분 권선은 공통축을 가지고 단일 다각형 또는 단일 폐곡선의 형상을 형성하는, 단계;
    상기 레이어 중 하나 위에 배치된 상기 부분 권선 각각을 인접한 레이어의 상기 부분 권선 중 하나에 연결하는 단계를 포함하고,
    하나의 레이어의 상기 부분 권선은 인접한 레이어의 상기 부분 권선과 인터리브되도록 배치되는 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머 제조 방법.
  37. 제36항에 있어서, 각 레이어 상에 부분 권선을 배치하는 단계는, 각 레이어 상에 네개의 부분 권선을 배치하는 단계를 포함하고, 상기 부분 권선은 공통축을 가지고 부분 권선의 쌍으로 배열되며, 부분 권선의 각 쌍은 단일 다각형 또는 단일 폐곡선을 형성하는 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머 제조 방법.
KR1020077020110A 2005-08-04 2006-08-02 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머 KR20080031153A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US70586805P 2005-08-04 2005-08-04
US60/705,868 2005-08-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080031153A true KR20080031153A (ko) 2008-04-08

Family

ID=37727913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077020110A KR20080031153A (ko) 2005-08-04 2006-08-02 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8325001B2 (ko)
JP (1) JP2009503909A (ko)
KR (1) KR20080031153A (ko)
CN (1) CN101142638A (ko)
TW (1) TWI408796B (ko)
WO (1) WO2007019280A2 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101453071B1 (ko) * 2008-05-14 2014-10-23 삼성전자주식회사 트랜스포머, 밸룬 및 이를 포함하는 집적 회로
CN104813495A (zh) * 2012-11-21 2015-07-29 高通股份有限公司 半导体器件上的混合变压器结构
US9634645B2 (en) 2013-03-14 2017-04-25 Qualcomm Incorporated Integration of a replica circuit and a transformer above a dielectric substrate
US9906318B2 (en) 2014-04-18 2018-02-27 Qualcomm Incorporated Frequency multiplexer
US10002700B2 (en) 2013-02-27 2018-06-19 Qualcomm Incorporated Vertical-coupling transformer with an air-gap structure
US10354795B2 (en) 2013-08-30 2019-07-16 Qualcomm Incorporated Varying thickness inductor

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7886239B2 (en) * 2005-08-04 2011-02-08 The Regents Of The University Of California Phase coherent differtial structures
JP2009021453A (ja) * 2007-07-13 2009-01-29 Toko Inc 積層型トランス
TWI397087B (zh) * 2007-11-05 2013-05-21 Airoha Tech Corp Inductance / transformer and its making method
US7463112B1 (en) 2007-11-30 2008-12-09 International Business Machines Corporation Area efficient, differential T-coil impedance-matching circuit for high speed communications applications
JP4893616B2 (ja) * 2007-12-25 2012-03-07 セイコーエプソン株式会社 インダクタ
US8143952B2 (en) 2009-10-08 2012-03-27 Qualcomm Incorporated Three dimensional inductor and transformer
JP5534442B2 (ja) * 2009-10-16 2014-07-02 スミダコーポレーション株式会社 コイル
US8143987B2 (en) * 2010-04-07 2012-03-27 Xilinx, Inc. Stacked dual inductor structure
US8786381B2 (en) * 2010-06-28 2014-07-22 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Transformer structures for a power amplifier (PA)
CN102315197B (zh) * 2010-07-09 2013-04-17 中国科学院微电子研究所 3d集成电路结构以及检测芯片结构是否对齐的方法
JP5532422B2 (ja) * 2010-07-30 2014-06-25 スミダコーポレーション株式会社 コイル
US8723048B2 (en) * 2010-11-09 2014-05-13 Broadcom Corporation Three-dimensional coiling via structure for impedance tuning of impedance discontinuity
US9177715B2 (en) * 2010-11-23 2015-11-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for inductive wireless signaling
KR101465968B1 (ko) * 2010-12-20 2014-11-28 인텔 코포레이션 칩 장치, 그 제조 방법 및 컴퓨터 시스템
CN102169868B (zh) * 2011-02-22 2012-11-14 华东师范大学 一种片上集成电感
CN102176453B (zh) * 2011-03-17 2013-04-24 杭州电子科技大学 一种垂直结构片上集成变压器
US9087838B2 (en) * 2011-10-25 2015-07-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure and method for a high-K transformer with capacitive coupling
AT512064B1 (de) * 2011-10-31 2015-11-15 Fronius Int Gmbh Hochstromtransformator, transformatorelement, kontaktplatte und sekundärwicklung sowie verfahren zur herstellung eines solchen hochstromtransformators
JP5459301B2 (ja) * 2011-12-19 2014-04-02 株式会社村田製作所 高周波トランス、高周波部品および通信端末装置
US9064631B2 (en) * 2012-01-13 2015-06-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Through-chip interface (TCI) structure for wireless chip-to-chip communication
US9391010B2 (en) * 2012-04-02 2016-07-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Power line filter for multidimensional integrated circuits
DE102013101768A1 (de) 2013-02-22 2014-08-28 Intel Mobile Communications GmbH Transformator und elektrische Schaltung
WO2014136342A1 (ja) * 2013-03-04 2014-09-12 株式会社村田製作所 積層型インダクタ素子
WO2014188739A1 (ja) * 2013-05-23 2014-11-27 株式会社村田製作所 高周波トランス、高周波部品および通信端末装置
US9373434B2 (en) 2013-06-20 2016-06-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Inductor assembly and method of using same
JP2015018862A (ja) * 2013-07-09 2015-01-29 富士通株式会社 ２重螺旋構造電子部品、２重螺旋構造電子部品の製造方法及び多機能シート
US9251948B2 (en) 2013-07-24 2016-02-02 International Business Machines Corporation High efficiency on-chip 3D transformer structure
US9831026B2 (en) 2013-07-24 2017-11-28 Globalfoundries Inc. High efficiency on-chip 3D transformer structure
US9171663B2 (en) 2013-07-25 2015-10-27 Globalfoundries U.S. 2 Llc High efficiency on-chip 3D transformer structure
US9779869B2 (en) 2013-07-25 2017-10-03 International Business Machines Corporation High efficiency on-chip 3D transformer structure
CN104517941B (zh) 2013-09-29 2018-12-28 澜起科技股份有限公司 线圈及制备应用于电感元件的线圈的方法
KR101983150B1 (ko) * 2013-10-11 2019-05-28 삼성전기주식회사 적층형 인덕터 및 그 제조 방법
CN106165198A (zh) * 2014-01-09 2016-11-23 迷你泵有限责任公司 用于植入式设备的遥测装置
US20150365738A1 (en) * 2014-01-09 2015-12-17 Rick Purvis Telemetry arrangements for implantable devices
US9865392B2 (en) 2014-06-13 2018-01-09 Globalfoundries Inc. Solenoidal series stacked multipath inductor
US9570233B2 (en) 2014-06-13 2017-02-14 Globalfoundries Inc. High-Q multipath parallel stacked inductor
US9368271B2 (en) 2014-07-09 2016-06-14 Industrial Technology Research Institute Three-dimension symmetrical vertical transformer
TWI590269B (zh) * 2014-07-09 2017-07-01 財團法人工業技術研究院 三維對稱型垂直變壓器
US20160064137A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-03 Apple Inc. Capacitively balanced inductive charging coil
TWI572007B (zh) * 2014-10-06 2017-02-21 瑞昱半導體股份有限公司 積體電感結構
CN105575958B (zh) * 2014-10-09 2019-03-15 瑞昱半导体股份有限公司 集成电感结构
US10062494B2 (en) 2014-11-03 2018-08-28 Qorvo Us, Inc. Apparatus with 3D inductors
US9548158B2 (en) 2014-12-02 2017-01-17 Globalfoundries Inc. 3D multipath inductor
US20160248149A1 (en) * 2015-02-20 2016-08-25 Qualcomm Incorporated Three dimensional (3d) antenna structure
WO2016202370A1 (en) * 2015-06-17 2016-12-22 Huawei Technologies Co., Ltd. A radio frequency transformer for transforming an input radio frequency signal into an output radio frequency signal
DE102015212220A1 (de) 2015-06-30 2017-01-05 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenzverstärkeranordnung
JP2016001751A (ja) * 2015-08-25 2016-01-07 ルネサスエレクトロニクス株式会社 トランス
US9634823B1 (en) 2015-10-13 2017-04-25 Kumu Networks, Inc. Systems for integrated self-interference cancellation
KR102075284B1 (ko) 2015-12-16 2020-02-07 쿠무 네트웍스, 아이엔씨. 시간 지연 필터
US10454444B2 (en) 2016-04-25 2019-10-22 Kumu Networks, Inc. Integrated delay modules
US9979374B2 (en) 2016-04-25 2018-05-22 Kumu Networks, Inc. Integrated delay modules
CN106449592B (zh) * 2016-08-22 2018-12-07 杭州电子科技大学 一种高品质因数的差分电感器结构及其制作工艺
CN108172361B (zh) * 2016-12-07 2020-05-15 荣笠企业股份有限公司 共振线圈结构
WO2018183384A1 (en) 2017-03-27 2018-10-04 Kumu Networks, Inc. Systems and methods for intelligently-tunded digital self-interference cancellation
WO2019107236A1 (ja) * 2017-11-28 2019-06-06 株式会社村田製作所 インダクタおよびトランス
WO2019169047A1 (en) 2018-02-27 2019-09-06 Kumu Networks, Inc. Systems and methods for configurable hybrid self-interference cancellation
US10868661B2 (en) 2019-03-14 2020-12-15 Kumu Networks, Inc. Systems and methods for efficiently-transformed digital self-interference cancellation
US10833685B1 (en) 2019-06-19 2020-11-10 International Business Machines Corporation Linearized wide tuning range oscillator using magnetic balun/transformer
CN112117101B (zh) * 2019-06-19 2022-11-22 瑞昱半导体股份有限公司 电感装置
US11527385B2 (en) 2021-04-29 2022-12-13 COMET Technologies USA, Inc. Systems and methods for calibrating capacitors of matching networks
US11114279B2 (en) 2019-06-28 2021-09-07 COMET Technologies USA, Inc. Arc suppression device for plasma processing equipment
TWI730788B (zh) * 2019-07-08 2021-06-11 瑞昱半導體股份有限公司 電感裝置
US11596309B2 (en) 2019-07-09 2023-03-07 COMET Technologies USA, Inc. Hybrid matching network topology
JP6721146B1 (ja) * 2019-08-05 2020-07-08 国立大学法人北海道大学 プレーナ型コイル、およびプレーナ型トランス
EP4022656A4 (en) * 2019-08-28 2023-10-04 Comet Technologies USA, Inc HIGH POWER LOW FREQUENCY COILS
US11521832B2 (en) 2020-01-10 2022-12-06 COMET Technologies USA, Inc. Uniformity control for radio frequency plasma processing systems
US11887820B2 (en) 2020-01-10 2024-01-30 COMET Technologies USA, Inc. Sector shunts for plasma-based wafer processing systems
US11830708B2 (en) 2020-01-10 2023-11-28 COMET Technologies USA, Inc. Inductive broad-band sensors for electromagnetic waves
US11670488B2 (en) 2020-01-10 2023-06-06 COMET Technologies USA, Inc. Fast arc detecting match network
US11605527B2 (en) 2020-01-20 2023-03-14 COMET Technologies USA, Inc. Pulsing control match network
US11961711B2 (en) 2020-01-20 2024-04-16 COMET Technologies USA, Inc. Radio frequency match network and generator
US20210233708A1 (en) * 2020-01-24 2021-07-29 Qorvo Us, Inc. Inductor trimming using sacrificial magnetically coupled loops
US11923175B2 (en) 2021-07-28 2024-03-05 COMET Technologies USA, Inc. Systems and methods for variable gain tuning of matching networks
US11657980B1 (en) 2022-05-09 2023-05-23 COMET Technologies USA, Inc. Dielectric fluid variable capacitor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2762971A (en) * 1952-04-30 1956-09-11 Sam E Parker Impedance measuring system
DE19944741C2 (de) * 1999-09-17 2001-09-13 Siemens Ag Monolitisch integrierter Transformator
JP2002057042A (ja) * 2000-08-09 2002-02-22 Soshin Electric Co Ltd 積層トランス
US6577219B2 (en) 2001-06-29 2003-06-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multiple-interleaved integrated circuit transformer
FR2839582B1 (fr) * 2002-05-13 2005-03-04 St Microelectronics Sa Inductance a point milieu
US6759937B2 (en) * 2002-06-03 2004-07-06 Broadcom, Corp. On-chip differential multi-layer inductor
US20050077992A1 (en) 2002-09-20 2005-04-14 Gopal Raghavan Symmetric planar inductor
US6967555B2 (en) * 2002-10-17 2005-11-22 Via Technologies Inc. Multi-level symmetrical inductor
TWI287239B (en) * 2002-12-10 2007-09-21 Univ Nat Central Symmetric three-dimension type inductor
FR2851078A1 (fr) 2003-02-07 2004-08-13 St Microelectronics Sa Inductance integree et circuit electronique l'incorporant

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101453071B1 (ko) * 2008-05-14 2014-10-23 삼성전자주식회사 트랜스포머, 밸룬 및 이를 포함하는 집적 회로
CN104813495A (zh) * 2012-11-21 2015-07-29 高通股份有限公司 半导体器件上的混合变压器结构
US10002700B2 (en) 2013-02-27 2018-06-19 Qualcomm Incorporated Vertical-coupling transformer with an air-gap structure
US9634645B2 (en) 2013-03-14 2017-04-25 Qualcomm Incorporated Integration of a replica circuit and a transformer above a dielectric substrate
US10116285B2 (en) 2013-03-14 2018-10-30 Qualcomm Incorporated Integration of a replica circuit and a transformer above a dielectric substrate
US10354795B2 (en) 2013-08-30 2019-07-16 Qualcomm Incorporated Varying thickness inductor
US9906318B2 (en) 2014-04-18 2018-02-27 Qualcomm Incorporated Frequency multiplexer

Also Published As

Publication number Publication date
US20080272875A1 (en) 2008-11-06
JP2009503909A (ja) 2009-01-29
TWI408796B (zh) 2013-09-11
US8325001B2 (en) 2012-12-04
WO2007019280A2 (en) 2007-02-15
CN101142638A (zh) 2008-03-12
TW200721209A (en) 2007-06-01
WO2007019280A3 (en) 2007-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080031153A (ko) 인터리브된 3차원 온칩 차동 인덕터 및 트랜스포머
CN107452710B (zh) 交错式变压器及其制造方法
US10643790B2 (en) Manufacturing method for 3D multipath inductor
JP4704965B2 (ja) 多層導電層においてインダクターを備えた集積回路
US9330832B2 (en) Integrated transformer balun with enhanced common-mode rejection for radio frequency, microwave, and millimeter-wave integrated circuits
EP2669906B1 (en) An integrated circuit based transformer
US20100039185A1 (en) Miniaturized Wide-Band Baluns for RF Applications
JP5907124B2 (ja) 高周波部品およびフィルタ部品
KR20090118605A (ko) 완전 대칭 구조의 트랜스포머, 밸룬 및 이를 포함하는 집적회로
US9318620B2 (en) Folded conical inductor
US9171663B2 (en) High efficiency on-chip 3D transformer structure
TWI449329B (zh) 用於高性能濾波器之小型線圈
US9865392B2 (en) Solenoidal series stacked multipath inductor
US11011295B2 (en) High efficiency on-chip 3D transformer structure
WO2009101565A1 (en) Optimized layout for low magnetic stray-field inductor
KR101408505B1 (ko) 커먼 모드 필터 및 그 제조방법
US9831026B2 (en) High efficiency on-chip 3D transformer structure
JP2006066769A (ja) インダクタ及びその製造方法
Huang et al. Interleaved three-dimensional on-chip differential inductors and transformers
JP5754201B2 (ja) 積層構造型バラン
KR20080052196A (ko) 분기구조를 갖는 대칭형 인덕터 및 그 제조 방법
US20130020676A1 (en) Solenoid inductor for frequency synthesizer in digital cmos process
JP4818303B2 (ja) 積層チップ型高周波半導体装置
CN114823048A (zh) 一种片上堆叠式差分电感
KR20070032341A (ko) 평면형 인덕터

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E601 Decision to refuse application